基于FPGA的USB設備接口IP CORE的設計.pdf

1、USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是以Intel為首的七家公司(Intel，Compaq，Microsoft，IBM，NEC等)共同提出來的，具有成本低、速度快、易于擴展等優(yōu)點，它是當今電子產品中應用最為廣泛的接口協(xié)議之一；然而在電子產品的設計中，使用USB接口并不十分方便，且性價比相對較差?，F(xiàn)在，由于EDA技術的發(fā)展，SOPC(System On a Programmable Chip)極大的提高了電子產

2、品的性價比，同時也使設計更加方便。因此本論文設計了一個能夠應用在SOPC系統(tǒng)設計中的USB設備接口IP核。
　　 本文主要討論了USB設備接口IP核的設計。在深入研究了USB協(xié)議后，決定在設計中，采用自頂向下的設計方法，降低了設計的復雜度，使得整個設計結構清晰；同時在設計當中，全部采用硬件描述語言進行編寫，使得IP核的速度得以大大提高。論文內容主要包括以下幾個方面：
　　 1)在分析研究USB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議

3、標準基礎上，提出了基于FPGA的USB設備接口IP核的總體設計方案，進行了功能模塊劃分，即：物理層模塊、UTMI模塊、控制器模塊、FIFO模塊、存儲器接口模塊和協(xié)議層模塊。其中物理層模塊、控制器模塊和協(xié)議層模塊是整個設備接口的關鍵模塊。
　　 2)通過Verilog HDL硬件描述語言對各個功能模塊進行詳細的設計。其中，物理層模塊主要用來完成對時鐘和數(shù)據(jù)的分離，進行串行并行的轉換；控制器模塊采用了專用控制器的設計方法，完成USB

4、設備的枚舉和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?；協(xié)議層模塊通過有限狀態(tài)機的設計方法成功的實現(xiàn)了復雜的USB協(xié)議，包括對數(shù)據(jù)的打包和解包等工作。
　　 3)通過專業(yè)軟件(QuartusⅡ和ModelSim SE)對USB設備接口IP核進行綜合仿真，對USB設備接口的控制端點、IN端點和OUT端點進行了測試，驗證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。然后對設備接口進行了FPGA硬件驗證，在硬件驗證的過程中，USB主機(PC機)和設備接口進行了成功的USB數(shù)據(jù)通信，并通過